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Zustandsgrößen und Zustandsänderungen

Druck

Die intensive Zustandsgröße Druck p ist definiert als Quotient aus dem Betrag einer gleichmäßig verteilten Kraft F und der ebenen Fläche A , auf welche die Kraft senkrecht wirkt.

p = F A

Die SI-Einheit des Drucks ist Pascal ( 1Pa = 1 N m-2 ).

In der physikalischen Chemie betrachtet man häufig Systeme, die unter einem konstanten Druck stehen oder sich ändernden Drücken ausgesetzt sind. Dies kann man sich so vorstellen: Das System befindet sich in einem Kolben, der oben mit einem beweglichem Stempel verschlossen ist (ebenso wie das Benzindampf/Luft-Gemisch im Hubkolben eines Automotors). (Abb. 1) verdeutlicht diese Betrachtungsweise.

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Abb.1
Expansion/Kompression

Die beiden Massen m üben eine Schwerkraft gleichmäßig auf die horizontale Fläche des beweglichen Stempels aus, dessen Masse als Null angesehen wird. Dieser nach unten gerichtete Druck ist der sogenannte äußere Druck pex. Der Stempel befindet sich in Ruhe, wenn der nach oben gerichtete Druck des Systems p gleich groß ist. In diesem Fall spricht man vom Druckgleichgewicht. Es gilt:

p = pex = m g A g = Erdbeschleunigung

Expansion und Kompression

  • Schiebt man eine der beiden Massen in (Abb. 1) vom Stempel nach rechts außen, vermindert sich der äußere Druck. Das System expandiert, bis wieder p = pex gilt (Druckgleichgewicht).
  • Schiebt man nach der Expansion die äußere Masse ( (Abb. 1) oben rechts) auf den Stempel, erhöht sich der Druck pex und der Stempel bewegt sich nach unten. Das System wird komprimiert, bis wieder p = pex gilt (Druckgleichgewicht).

Je nach System stellt sich ein Druckgleichgewicht momentan (Gasphase) oder erst nach längerer Wartezeit ein (etwa in einer Polymerlösung, die Zeit für die Umordnung der Ketten benötigt).

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